火力發電廠主給水管道優化設計

孫豪杰

火力發電廠主給水管道優化設計

孫豪杰

孫豪杰

中國電力工程顧問集團華北電力設計院工程有限公司

孫豪杰（1982）男，工程師，主要研究方向為火力發電廠運行分析與設計優化。

主給水管道是火力發電廠熱力系統中的重要組成部分。主給水管道的布置方式與材料選擇的安全性不僅直接影響鍋爐的安全運行，對整個熱力發電系統的安全運轉都至關重要。管道布置方式及材料的機械特性、高溫特性也會直接影響電廠機組投資的經濟性及運行的可靠性。本文將以常規2×300MW等級機組為例，通過對主給水管道的布置與材料選擇進行分析，最終采用性價比較好的材料及布置方式，使電廠投資更經濟、運行生產更穩定。

概述

火力發電廠項目投資大，建設周期長，如何降低投資、縮短建設周期、提高機組安全運行穩定性是各集團公司關注的問題。火力發電廠中主給水管道是指鍋爐給水泵出口至鍋爐省煤器進口的給水管道。通過對主給水管道材料選擇及布置形式進行分析和研究，可以降低工程造價、縮短建設周期和提高機組安全運行穩定性，具有重要的研究意義和實際意義。

目前火力發電廠中主給水管道主要選用鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III，這兩種管材在國內已投運的火力發電廠中都有運行業績且運行良好。通過對不同管材的物理、化學性能進行分析，與實際工程需求相結合，優化主給水管道的選材和管道布置方式是需要解決的問題。

本文對火力發電廠鍋爐主給水管道的常用材料進行分析，通過材料對布置形式的影響進行研究和探討。以300MW等級機組為例，對主給水管道的選材和布置進行優化。

管道材料選擇

管道常用材料

（1） 鋼材WB36

WB36是屬于Cu-Ni-Mo-Nb系低合金高強鋼，在DIN標準中稱為15NiCuMoNb5，在德國曼內斯曼鋼管公司標準中它被稱為WB36，在Thyseen Rohrenwerke標準中計為WSB62R，在德國對鋼材的分類標準（DIN EN288）中，屬于W03組，是熱軋細品結構鋼類。該鋼在國外主要用于大容量機組的給水管道。進入九十年代以后，隨著歐洲機組的陸續引進，WB36開始進入我國。

表1 鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III性能對比表

（2） 鋼材DIN17175 st45.8/III

原電力部有關部門于1994年召開的“九·五”期間火電站管道管件規格化會議，提出了“九·五”期間火電站主要汽水管道規格，300MW機組主給水管道推薦采用DIN17175 st45.8/III管材。此后國內300MW機組工程大多照此選用，有關廠家也按DIN17175 st45.8/III鋼材管道規格研制開發了配套管件。

材料的性能比較

兩種常用鋼材具有不同的化學性能和物理性能，將其具體數據列于表1。

從表1中可以看出，WB36鋼的P、S含量較低，并含有Ni、Nb、Mo、Cu等多種合金元素，使得其組織性能發生變化，許用應力明顯提高，線脹系數略有降低。較高的許用應力能夠降低管道設計壁厚，也能夠降低相應管件的設計壁厚，這使得管道總重量降低。管道重量降低的直接結果是有效改善了管系支吊架的應力水平。較小的線膨脹系數能夠有效降低管系熱應力。由此可見，WB36鋼材具有更好的物理、化學性能。

管材對管道布置的影響

以常規2×300MW機組主給水管道為例，選用鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III會對管道的設計和安裝產生不同影響，主要有以下幾點。

（1）布置方面

主給水管道的配套設備較多，若管道采用WB36鋼材，管道的管壁將減薄，重量降低，管道外徑減小，更適合管道布置空間有限、需要緊湊布置的情況。

（2）材料量方面

若主給水管道選用WB36鋼材，主給水管規格為（φ355.6×25），支管規格為（φ244.5×20）。若主給水管道選用DIN17175 st45.8/III鋼材，主給水主管規格為（φ406.4×55），支管規格為（φ298.5×40）。相同布置方式下兩種管材的用量存在差異，將其列于表2。

表2 相同布置方式下兩種材料用量對比

從表2中可以看出，主給水主管管材采用鋼材WB36比采用鋼材DIN17175 st45.8/III噸位減少112噸，支管管材噸位減少12.24噸。根據市場價格，采用WB36鋼材后的主給水管道主管可節省約68萬元，支管可節省約8.9萬元，具有顯著的經濟效益。

（3）管道的保溫材料方面

在相同布置形式下，管材WB36比DIN17175 st45.8/III外徑小，如表2所示。若要求保溫材料厚度相同，采用管材WB36可節省保溫材料。

（4）管道的支吊架方面

在相同應力水平下，主給水管道采用管材WB36的管徑小，壁厚薄，能夠有效降低整個管道系統的重量，從而可以改善管道的支承結構。支吊架的荷重將有所降低，支吊架彈簧、恒吊規格也將減小，連接件、根部用料也可減少，從而節省了支吊架的材料和費用，具有一定的經濟效益。

（5）對設備的推力和推力矩方面

在常規300MW機組的設計中，主給水管道的廠家對推力和推力矩的要求較高，特別是給水泵接口，常規管材很難滿足這一要求。

采用WB36管材會使管道外徑減小、管道壁厚減薄，并使其柔韌性提高，管系對鍋爐省煤器接口、高加和給水泵的推力和力矩均有較大幅度的降低，能夠滿足主給水管道廠家的設計要求。

（6）WB36管材管件配置情況

隨著WB36管材在國內電站工程中的應用越來越多，部分管件廠家已經具備了生產WB36鋼管件的能力。WB36鋼管件的國產化為其在國內工程中的使用提供了基礎。

（7）其它方面的影響

1） 采用WB36管材除了能夠節省支吊架材料外，支吊架結構荷載也將大幅度減小，鍋爐鋼架的設計也將簡化，能夠節省爐鋼梁的材料用量，降低支吊架生根處土建混凝土梁的設計荷載，有助于降低建設成本。

2） 采用WB36鋼材使管道的重量減少并簡化支吊架布置，能夠減少管道安裝工程量，降低安裝費用。

（8）存在的問題

1） 采用WB36管材能夠降低主給水管道壁厚，這也使管道的剛性下降，管道支吊架的最大理論間距縮短，將增加總的支吊架數量。

2） 上述材料價格的比較僅考慮進口管材和支吊架材料部分，未考慮由DIN17175 st45.8/III鋼材改用WB36鋼材后的管件價格增加。

結語

主給水管道的經濟性和運行的穩定性是電廠投資和生產的重要標準，因此它的優化一直是各單位非常重視的工作，通過上述材料的比較和對布置形式的影響，最終主給水管材將推薦選用WB36。隨著材料和技術的不斷發展，主給水的布置和材料選擇也將會越來越優化，這也是我們一直不斷探索的領域。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.048